(57)【要約】  【課題】  光ヘッド装置に組み込むことにより、良好な互換記録再生が可能な光ヘッド装置を実現することのできる回折光学素子を提供する。  【解決手段】  回折光学素子１を、光透過性樹脂材料からなる基板２と、基板２の表面に形成された鋸歯状の断面形状を有するグレーティング部３とにより構成する。基板２の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、グレーティング部３の格子ピッチκを、下記式（１）、（２）を満たす範囲に設定する。      κ＜０．９λ１                        ・・・（１）      １．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（２）【選択図】  図１
2005300608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性材料からなる基板と、前記基板の表面に形成されたグレーティング部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが下記式（１）、（２）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする回折光学素子。
κ＜０．９λ１                        ・・・（１）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（２）
【請求項２】
前記第１の波長λ１が６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍの範囲にあるとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定される請求項１に記載の回折光学素子。
【請求項３】
光透過性材料からなる基板と、前記基板の表面に形成されたグレーティング部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが下記式（３）、（４）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする回折光学素子。
１．８λ１＜κ＜１．９λ１            ・・・（３）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（４）
【請求項４】
前記第１の波長λ１が４００ｎｍ＜λ１＜４３５ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が６５０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍの範囲にあるとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが７８０ｎｍ＜κ＜９５２ｎｍの範囲に設定される請求項３に記載の回折光学素子。
【請求項５】
第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、前記第１の波長の光に対応する第１の情報記録媒体と前記第２の波長の光に対応する第２の情報記録媒体に、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光をそれぞれ集光する対物レンズと、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、前記対物レンズの手前の前記両波長の光の共通光路中に配置された請求項１〜４のいずれかに記載の回折光学素子とを備えた光ヘッド装置。
【請求項６】
第１の波長λ１の光を出射する第１の光源と、第２の波長λ２の光を出射する第２の光源と、前記第１及び第２の光源から出射される光の光路を合成する光路合成手段とを備えた光源装置であって、
前記光路合成手段が回折格子からなり、前記回折格子の格子ピッチκが下記式（５）、（６）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする光源装置。
κ＜０．９λ１                        ・・・（５）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（６）
【請求項７】
前記第１の波長λ１が６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍの範囲にあるとき、前記回折格子の格子ピッチκが４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定される請求項６に記載の光源装置。
【請求項８】
前記第１の光源から出射される光の光軸と前記第２の光源から出射される光の光軸とのなす角θが下記式（７）を満たす範囲に設定される請求項６又は７に記載の光源装置。
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
【請求項９】
第１の波長の光と前記第１の波長と異なる第２の波長の光を略同一の光軸で出射する光源装置と、前記第１の波長の光に対応する第１の情報記録媒体と前記第２の波長の光に対応する第２の情報記録媒体に、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光をそれぞれ集光する対物レンズと、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器とを備えた光ヘッド装置であって、
前記光源装置として請求項６〜８のいずれかに記載の光源装置を用いることを特徴とする光ヘッド装置。
【請求項１０】
第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を伝搬させるために用いる光導波路であって、
前記第１及び第２の波長の光が入射する端面に回折格子が形成され、前記回折格子の格子ピッチκが下記式（８）、（９）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする光導波路。
κ＜０．９λ１                        ・・・（８）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（９）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回折光学素子及びそれを用いた光ヘッド装置、並びに光源装置及びそれを用いた光ヘッド装置、並びに光導波路に関し、特に、異なる種類の光ディスクを複数の波長の光を利用して互換記録再生することが可能な光ヘッド装置、及びそれに用いられる回折光学素子、光源装置、並びに光導波路に関する。
【背景技術】
【０００２】
光学機器の設計においては、波長に応じて光路を変更したり、あるいは複数の方向から入射してきた異なる波長の光の光路を合成したりする方法の１つとして、回折格子を用いる方法が知られている。このうち、回折面に垂直に入射する光に対して、特定の波長の光は回折させ、それとは別の波長の光は透過させるといった波長選択性を有する方法の１つとして、階段状のレリーフからなり、前記階段の各段の深さを回折させない光の波長の整数倍にした回折格子を用いる方法がある。このような回折格子は、スカラー回折理論に基づいて設計されている。すなわち、素子を透過したときの光波面の位相のずれが波長の整数倍となった場合には、この位相差が無いものとするものであり、階段の１段の段差を特定の波長の整数倍の位相差を生じる段差とすることにより、特定の波長の光に対して回折しない設計とするものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
高密度・大容量の記憶媒体として、ピット状のパターンを有する光ディスクを用いる光メモリ技術は、ディジタルオーディオディスク、ビデオディスク、文書ファイルディスク、さらにはデータファイルと用途を拡張しつつ実用化されてきている。
【０００４】
近年、光学系設計技術の進歩と光源である半導体レーザの短波長化とにより、従来以上の高密度の記憶容量を有する光ディスクの開発が進んでいる。高密度化へのアプローチとしては、光ディスク上に照射されるレーザ光を微小に絞る集光光学系の光ディスク側開口数（ＮＡ）を大きくすることが検討されている。
【０００５】
具体例を挙げれば、光ディスクの第１世代のＣＤ（コンパクトディスク）やＭＤ（ミニディスク）は赤外半導体レーザ（波長７８０〜８００ｎｍ）とＮＡ０．４５の対物レンズとを利用して良好な記録再生が行なわれ、第２世代のＤＶＤ（Digital Versatile Disk）は赤色半導体レーザ（波長：６５０ｎｍ〜６８０ｎｍ）とＮＡ０．６の対物レンズとを利用して良好な記録再生が行なわれ、第３世代のブルーレーザ光ディスク（Ｂｌｕ−Ｒａｙディスク）は、青色半導体レーザ（波長：４００ｎｍ〜４３５ｎｍ）とＮＡ０．８５の対物レンズとを利用して良好な記録再生が行なわれる。
【０００６】
このように、光ディスクは、それに適した半導体レーザと対物レンズを利用することによって良好な記録再生を行なうことが可能となるため、異なる種類の光ディスクを複数の波長のレーザ光を利用して互換記録再生することを可能とした光ヘッド装置において、複数の対物レンズを機械的に切り替えて用いる技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、この提案されている技術では、複雑な対物レンズの切り替え機構を必要とする点で、コストアップに繋がるという問題点がある。
【０００７】
そこで、対物レンズそのものを工夫して、異なる種類の光ディスクの互換記録再生を可能とした光ヘッド装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。すなわち、特許文献３において提案されている光ヘッド装置の対物レンズは、屈折レンズの一面に異材質層を接合することによって構成されており、屈折レンズと異材質層の屈折率と分散の違いを利用することにより、異なる種類の光ディスクの互換記録再生を可能としている。
【特許文献１】特開平１１−２３８１９号公報
【特許文献２】特開平１１−２９６８９０号公報
【特許文献３】特開２００２−２３７０７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記文献１に開示された回折格子では、格子のレリーフ起伏の深さが光の波長の数倍〜十数倍程度になる。そして、このようなレリーフ起伏の深さの深い回折格子の回折効率を、より厳密な解法であるベクトル回折理論に基づいて計算した場合、一般に、スカラー回折理論による計算値よりも低下することが知られている。また、上記のようにレリーフの起伏が大きい場合には、フォトリソグラフィーなどの加工法を用いて作製する際にレジストを厚く塗布する必要があり、加工にも困難を伴うという問題がある。
【０００９】
また、上記特許文献３に開示された技術では、集光性能が劣化するという問題があり、異なる種類の光ディスクに対して良好な記録再生を行なうには十分と言えない。
そこで、本発明者らは、異なる種類の光ディスクのそれぞれに適した対物レンズを用いることを前提とし、ある特定の第１の波長の光が入射したときにはそのまま透過し、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光が入射したときには偏向するような光学素子を用いて、対物レンズの手前で両波長の光の光路を切り替えることを考え、このような機能を備えた安価な光学素子の開発を試みた。
【００１０】
本発明は、かかる試みの結果としてなされたものであり、例えば、光ヘッド装置に組み込むことにより、２つの異なる波長の光を使用した場合に、波長の違いによって対物レンズの手前で光路を切り替えることのできる安価な回折光学素子及びそれを用いた光ヘッド装置、並びに光源装置及びそれを用いた光ヘッド装置、並びに光導波路を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記目的を達成するため、本発明に係る回折光学素子の第１の構成は、光透過性材料からなる基板と、前記基板の表面に形成されたグレーティング部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが下記式（１）、（２）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１２】
κ＜０．９λ１                        ・・・（１）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（２）
また、前記本発明の回折光学素子の第１の構成においては、前記第１の波長λ１が６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍの範囲にあるとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定されるのが好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る回折光学素子の第２の構成は、光透過性材料からなる基板と、前記基板の表面に形成されたグレーティング部とを備えた回折光学素子であって、
前記基板の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが下記式（３）、（４）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする。
【００１４】
１．８λ１＜κ＜１．９λ１            ・・・（３）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（４）
また、前記本発明の回折光学素子の第２の構成においては、前記第１の波長λ１が４００ｎｍ＜λ１＜４３５ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が６５０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍの範囲にあるとき、前記グレーティング部の格子ピッチκが７８０ｎｍ＜κ＜９５２ｎｍの範囲に設定されるのが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る光ヘッド装置の第１の構成は、第１の波長の光を出射する第１の光源と、第２の波長の光を出射する第２の光源と、前記第１の波長の光に対応する第１の情報記録媒体と前記第２の波長の光に対応する第２の情報記録媒体に、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光をそれぞれ集光する対物レンズと、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器と、前記対物レンズの手前の前記両波長の光の共通光路中に配置された前記本発明の回折光学素子とを備えていることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る光源装置の構成は、第１の波長λ１の光を出射する第１の光源と、第２の波長λ２の光を出射する第２の光源と、前記第１及び第２の光源から出射される光の光路を合成する光路合成手段とを備えた光源装置であって、
前記光路合成手段が回折格子からなり、前記回折格子の格子ピッチκが下記式（５）、（６）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする光源装置。
【００１７】
κ＜０．９λ１                        ・・・（５）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（６）
また、前記本発明の光源装置の構成においては、前記第１の波長λ１が６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの範囲にあり、前記第２の波長λ２が４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍの範囲にあるとき、前記回折格子の格子ピッチκが４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定されるのが好ましい。
【００１８】
また、前記本発明の光源装置の構成においては、前記第１の光源から出射される光の光軸と前記第２の光源から出射される光の光軸とのなす角θが下記式（７）を満たす範囲に設定されるのが好ましい。
【００１９】
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
また、本発明に係る光ヘッド装置の第２の構成は、第１の波長の光と前記第１の波長と異なる第２の波長の光を略同一の光軸で出射する光源装置と、前記第１の波長の光に対応する第１の情報記録媒体と前記第２の波長の光に対応する第２の情報記録媒体に、前記第１の波長の光と前記第２の波長の光をそれぞれ集光する対物レンズと、前記第１及び第２の情報記録媒体からの光を検出する光検出器とを備えた光ヘッド装置であって、
前記光源装置として前記本発明の光源装置を用いることを特徴とする。
【００２０】
また、本発明に係る光導波路の構成は、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光を伝搬させるために用いる光導波路であって、
前記第１及び第２の波長の光が入射する端面に回折格子が形成され、前記回折格子の格子ピッチκが下記式（８）、（９）を満たす範囲に設定されていることを特徴とする。
【００２１】
κ＜０．９λ１                        ・・・（８）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（９）
【発明の効果】
【００２２】
本発明の回折光学素子の構成によれば、第１の波長λ１の光が入射した場合に実質上０次の回折光（透過光）を出射させ、第２の波長λ２の光が入射した場合に実質上１次の回折光を出射させることができる。すなわち、本発明の回折光学素子の構成によれば、第１の波長λ１の光に対しては単なる透過素子として機能し、第２の波長λ２の光に対しては光偏向素子として機能する、いわゆる、波長フィルタを実現することができる。
【００２３】
また、本発明の光ヘッド装置の第１の構成によれば、本発明の回折光学素子を用いて、第１の情報記録媒体に対応する第１の波長の光の光路と第２の情報記録媒体に対応する第２の波長の光の光路を異ならせ、第１及び第２の情報記録媒体の再生に際してそれぞれに適した対物レンズを利用するようにしたので、良好に互換記録再生することが可能な光ヘッド装置を実現することができる。
【００２４】
また、本発明の光源装置の構成によれば、樹脂の射出成形などによって安価に製造することのできる回折格子を用いているため、従来に比して安価に光の合成を実現することのできる光源装置が得られる。
【００２５】
また、本発明の光ヘッド装置の第２の構成によれば、樹脂の射出成形などによって安価に製造することのできる回折格子を用いているため、異なる２波長のレーザ光の光路を一致させる構成を含む光ヘッド装置を、従来に比して安価に実現することが可能となる。
【００２６】
また、本発明の光導波路の構成によれば、異なる波長のレーザを別々に配置し、これらのレーザから出射される異なる波長の光を伝搬させることのできる光導波路を簡単な構成によって実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、実施の形態を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
【００２８】
［第１の実施の形態］
図１（ａ）は本発明の第１の実施の形態における回折光学素子を示す平面図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【００２９】
図１に示すように、本実施の形態の回折光学素子１は、光透過性樹脂材料（例えば日本ゼオン（株）製のゼオネクスなど）からなる基板２と、基板２の表面に形成された鋸歯状の断面形状を有するグレーティング部３とを備えている。
【００３０】
ここで、基板２の裏面（グレーティング部３が形成された面と反対側の面）から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、グレーティング部３の格子ピッチκは、下記式（１）、（２）を満たす範囲に設定されている。
【００３１】
κ＜０．９λ１                        ・・・（１）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（２）
このように、本実施の形態の回折光学素子１は、第１の波長λ１の光に対してはグレーティング部３の格子ピッチκが当該第１の波長λ１よりも小さく、第２の波長λ２の光に対してはグレーティング部３の格子ピッチκが当該第２の波長λ２よりも大きい一定の範囲となるように構成されている
波長と同程度の周期を有する回折格子の回折効率は、図２のようになることが知られている（光学,Vol.32,(2003)pp492-494）。周期κを波長λで規格化した規格化周期を横軸にとった場合、ＴＥ波の回折効率は、κ／λが約１．３のところで急峻なピーク３１を示す。例えば、第１の波長λ１が６６０ｎｍ、第２の波長λ２が４０５ｎｍである場合、格子ピッチκを５３０ｎｍとすれば、κ／λ２＝１．３０９であり、ＴＥ偏光の第２の波長λ２の入射光に対して９０％弱の回折効率が得られる。一方、第１の波長λ１に対しては、κ／λ１＝０．８０３であるため、入射光が回折格子によって回折されることはない。よって、本実施の形態の回折光学素子１は、第１の波長λ１の入射光を高い回折効率で回折し、第２の波長λ２の入射光に対しては回折せずに単に透過素子として振る舞うような波長選択性を有する。図２から明らかなように、κ／λ２が１．２より小さくなっても、また、１．４より大きくなっても、第２の波長λ２の光の回折効率が低下するため好ましくない。また、周期κが波長λの１．３倍のとき、１次回折光の回折角は５０．２８゜であるので、上記のような波長選択性を得るためには、回折角θが下記式（７）を満たす範囲に設定されるのが望ましい。
【００３２】
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
回折光学素子１を以上のような構成とすることにより、回折光学素子１は、その裏面から第１の波長λ１の光が入射した場合には実質上０次の回折光（０次の回折光とは透過光のことである）を出射し、第２の波長λ２の光が入射した場合には実質上１次の回折光を出射する。すなわち、本実施の形態の回折光学素子１は、第１の波長λ１の光に対しては単なる透過素子として機能し、第２の波長λ２の光に対しては光偏向素子として機能する、いわゆる、波長フィルタの役割を果たす。そして、以上のような構成の回折光学素子１を用いれば、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光の回折角の差は約５０°であり、波長による回折角の違いを利用した場合の光の分離角が数度であるのに対して、光の分離角を大きくすることが可能となる。
【００３３】
さらに具体的数値を挙げて説明すると、第１の波長λ１の光としてＤＶＤ用の６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍを満たすレーザ光を用い、第２の波長λ２の光として大容量光ディスクであるブルーレーザ光ディスク用の４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍを満たすレーザ光を用いる場合には、グレーティング部３の格子ピッチκを４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定することにより、ＤＶＤ用のレーザ光をそのまま透過させ、ブルーレーザ光ディスク用のレーザ光を偏向させることができる。すなわち、本実施の形態の回折光学素子１を用いれば、回折光学素子１から出射した後のＤＶＤ用のレーザ光とブルーレーザ光ディスク用のレーザ光の光路を異ならせることができる。そして、この場合、鋸歯状の断面形状を有するグレーティング部３の頂角αは３０゜＜α＜４０゜の範囲に設定され、溝の深さＤは７２９ｎｍ＜Ｄ＜８０２ｎｍの範囲に設定される（図１（ａ）参照）。尚、グレーティング部３を除く基板２の厚みＴは任意に設定することができるが、ここでは、１ｍｍ＜Ｔ＜３ｍｍの範囲に設定している。
【００３４】
本実施の形態の回折光学素子１は、例えば、以下のようにして製造することができる。すなわち、プレス面の形状がグレーティング部３の断面形状と同一の形状に精密加工されたマスター型を用いて、加熱軟化したガラスをプレス成形することにより、ガラスからなるグレーティング部成形用金型を作製し、当該グレーティング部成形用金型を用いて、光透過性樹脂材料からなる基板２をプレス成形することにより、回折光学素子１を製造することができる。グレーティング部３の断面形状は鋸歯状であるため、このようにプレス成形によって容易に回折光学素子１を製造することができる。
【００３５】
［第２の実施の形態］
本実施の形態における回折光学素子の基本構成は、上記第１の実施の形態における回折光学素子１と同様であるため、本実施の形態においても、図１を参照しながら説明する。
【００３６】
本実施の形態の回折光学素子１においては、基板２の裏面から入射する２種類の光を、第１の波長λ１の光及び第２の波長λ２の光としたとき、グレーティング部３の格子ピッチκは、下記式（３）、（４）を満たす範囲に設定されている。
【００３７】
１．８λ１＜κ＜１．９λ１            ・・・（３）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（４）
このように、本実施の形態の回折光学素子１は、第１の波長λ１の光と第２の波長λ２の光に対して、グレーティング部３の格子ピッチκが当該第１及び第２の波長λ１、λ２よりも大きい一定の範囲となるように構成されている。このように設定した場合、図２の３２に示すように、回折効率は、κ／λが１．８３前後で低くなり、１０％弱まで低下してしまう。そのため、第１の波長λ１の光に対して格子ピッチκを上記式（３）を満たす範囲に設定すれば、第１の波長λ１の光は実質上ほとんど回折することはない。一方、上記式（４）は、上記第１の実施の形態の式（２）と同じく、第２の波長λ２の光の回折効率を低下させないための条件式である。
【００３８】
回折光学素子１を以上のような構成とすることにより、回折光学素子１は、その裏面から第１の波長λ１の光が入射した場合には実質上０次の回折光を出射し、第２の波長λ２の光が入射した場合には実質上１次の回折光を出射する。すなわち、本実施の形態の回折光学素子１も、上記第１の実施の形態の場合と同様に、第１の波長λ１の光に対しては単なる透過素子として機能し、第２の波長λ２の光に対しては光偏向素子として機能する、いわゆる、波長フィルタの役割を果たす。
【００３９】
さらに具体的数値を挙げて説明すると、第１の波長λ１の光としてブルーレーザ光ディスク用の４００ｎｍ＜λ１＜４３５ｎｍを満たすレーザ光を用い、第２の波長λ２の光としてＤＶＤ用の６５０ｎｍ＜λ２＜６８０ｎｍを満たすレーザ光を用いる場合には、グレーティング部３の格子ピッチκを７８０ｎｍ＜κ＜９５２ｎｍの範囲に設定することにより、ブルーレーザ光ディスク用のレーザ光をそのまま透過させ、ＤＶＤ用のレーザ光を偏向させることができる。すなわち、本実施の形態の回折光学素子１を用いれば、回折光学素子１から出射した後のブルーレーザ光ディスク用のレーザ光とＤＶＤ用のレーザ光の光路を異ならせることができる。そして、この場合、鋸歯状の断面形状を有するグレーティング部３の頂角αは３１゜＜α＜３８゜の範囲に設定され、溝の深さＤは１２３３ｎｍ＜Ｄ＜１２９２ｎｍの範囲に設定される（図１（ａ）参照）。尚、グレーティング部３を除く基板２の厚みＴは任意に設定することができるが、ここでは、１ｍｍ＜Ｔ＜３ｍｍの範囲に設定している。
【００４０】
尚、上記第１及び第２の実施の形態においては、基板２の材料としてゼオネクスを例に挙げて説明しているが、基板２の材料としては、ゼオネクスの他に、例えば、三井化学（株）製のアペル等を用いることもできる。
【００４１】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態における光ヘッド装置について、図３を用いて説明する。図３は本発明の第３の実施の形態における光ヘッド装置の基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【００４２】
図３に示すように、本実施の形態の光ヘッド装置４は、レーザ光を出射する半導体レーザ５と、半導体レーザ５から出射されたレーザ光を平行光束に変換するコリメートレンズ６と、当該平行光束を情報記録媒体７に集光する対物レンズ８と、情報記録媒体７で反射されたレーザ光を検出する光検出器としての受光素子９とを備えている。ここで、情報記録媒体７で反射されたレーザ光は、対物レンズ８を通過することによって平行光束になった後、ビームスプリッタ１０によって光路を９０゜折り曲げられ、検出レンズ１１によって受光素子９の受光面上に集光される。
【００４３】
半導体レーザ５は、６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍの範囲にある第１の波長λ１を有するＤＶＤ用のレーザ光を出射する第１の光源と４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍの範囲にある第２の波長λ２を有するブルーレーザ光ディスク用のレーザ光を出射する第２の光源とがユニット化されて構成されている。そして、回折格子１２を用いて、第１の波長λ１を有するＤＶＤ用のレーザ光と第２の波長λ２を有するブルーレーザ光ディスク用のレーザ光の光軸を、コリメートレンズ６の手前で一致させるようにされている。
【００４４】
対物レンズ８の手前の両波長の光（第１の波長λ１のレーザ光と第２の波長λ２のレーザ光）の共通光路中には、上記第１の実施の形態で説明した回折光学素子１が配置されている。このため、半導体レーザ５から出射されたＤＶＤ用のレーザ光（波長：λ１）は、回折光学素子１をそのまま透過し、対物レンズ８によってＤＶＤ（情報記録媒体７）の情報記録面上に集光される。そして、ＤＶＤ（情報記録媒体７）で反射されたレーザ光（信号光）は、対物レンズ８を通過することによって平行光束になった後、回折光学素子１をそのまま透過し、ビームスプリッタ１０によって光路を９０゜折り曲げられ、検出レンズ１１によって受光素子９の受光面上に集光される。この信号光は、受光素子９で電気信号に変換された後、信号光再生回路（図示せず）に送られ、これにより、ＤＶＤ（情報記録媒体７）の情報記録面上に記録された情報が再生される。一方、半導体レーザ５から出射されたブルーレーザ光ディスク用のレーザ光（波長：λ２）は、回折光学素子１で偏向され（図３中の二点鎖線参照）、複数の反射ミラー等（図示せず）で反射された後、ブルーレーザ光ディスク用の対物レンズ（図示せず）によってブルーレーザ光ディスク（情報記録媒体７）の情報記録面上に集光される。そして、ブルーレーザ光ディスク（情報記録媒体７）で反射されたレーザ光（信号光）は、ブルーレーザ光ディスク用の対物レンズを通過することによって平行光束になった後、複数の反射ミラー等で反射され、かつ、回折光学素子１で偏向され、ビームスプリッタ１０によって光路を９０゜折り曲げられ、検出レンズ１１によって受光素子９の受光面上に集光される。これにより、上記と同様にして、ブルーレーザ光ディスク（情報記録媒体７）の情報記録面上に記録された情報が再生される。
【００４５】
以上のように、本実施の形態の光ヘッド装置４においては、回折光学素子１を用いて、ＤＶＤ用のレーザ光（波長：λ１）の光路とブルーレーザ光ディスク用のレーザ光（波長：λ２）の光路を異ならせ、ＤＶＤとブルーレーザ光ディスクの再生に際してそれぞれに適した対物レンズを利用するようにしたので、良好に互換記録再生することが可能な光ヘッド装置を実現することができる。また、上記したように、回折光学素子１は、プレス成形によって容易に製造することができるので、安価な光学構成を実現することができる。
【００４６】
尚、本実施の形態においては、回折光学素子１として上記第１の実施の形態の回折光学素子を例に挙げて説明しているが、例えば、上記第２の実施の形態の回折光学素子を用い、ブルーレーザ光ディスク用のレーザ光をそのまま透過させ、ＤＶＤ用のレーザ光を偏向させるようにしてもよい。
【００４７】
また、本実施の形態においては、ＤＶＤとブルーレーザ光ディスクの互換記録再生を行なう光ヘッド装置を例に挙げて説明しているが、本発明の光ヘッド装置は、その他の光ディスクの互換記録再生に適用することもできる。
【００４８】
［第４の実施の形態］
図４は本発明の第４の実施の形態における光源装置の構成図である。
【００４９】
図４において、４１は第１の波長λ１の光を出射する第１の光源、４２は第２の波長λ２の光を出射する第２の光源、４５は回折格子である。ここで、第１の光源４１は、当該第１の光源４１から出射された光が回折格子４５に垂直に入射するように配置されている。また、第２の光源４２は、当該第２の光源４２から出射される光の光軸が第１の光源４１から出射される光の光軸に対して所定角度θだけ傾くような配置となっている。
【００５０】
回折格子４５は、鋸歯状のレリーフ構造を有しており、その格子ピッチκは、下記式（５）、（６）を満たす範囲に設定されている。
【００５１】
κ＜０．９λ１                        ・・・（５）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（６）
回折格子４５を以上のような構成とすることにより、上記第１の実施の形態の場合と同様の理由で、回折格子４５は、その裏面から第１の波長λ１の光が入射した場合には実質上０次の回折光（透過光）を出射し、第２の波長λ２の光が入射した場合には実質上１次の回折光を出射する。このため、回折格子４５に対して第１及び第２の光源４１、４２を上記のような配置とすることにより、第２の光源４２から出射された光を、回折格子４５で回折させて、第１の光源４１から出射された光と合成することができる。
【００５２】
この場合、上記所定角度θは、上記第１の実施の形態の場合と同様に、下記式（７）を満たす範囲に設定されるのが望ましい。
【００５３】
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
図４中、４３は第１の光源４１から出射された光を平行光束に変換するコリメートレンズ、４４は第２の光源４２から出射された光を平行光束に変換するコリメートレンズである。
【００５４】
さらに具体的数値を挙げて説明すると、第１の波長λ１の光としてＤＶＤ用の６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍを満たすレーザ光を用い、第２の波長λ２の光としてブルーレーザ光ディスク用の４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍを満たすレーザ光を用いる場合には、回折格子４５の格子ピッチκを４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定することにより、ＤＶＤ用のレーザ光とブルーレーザ光ディスク用のレーザ光を回折格子４５によって合成することができる。
【００５５】
より具体的な数値を挙げると、第１の波長λ１の光として波長６６０ｎｍのレーザ光を用い、第２の波長λ２の光として波長４０５ｎｍのレーザ光を用いる場合、第２の光源４２は、当該第２の光源４２から出射される光の光軸が第１の光源４１から出射される光の光軸に対して角度５０．３°だけ傾くような配置とすればよい。そして、この場合、回折格子４５の格子ピッチκは５２６．５ｎｍ、深さは７４０ｎｍに設定される。
【００５６】
上記構成の光源装置において、第１の光源４１から出射され、コリメートレンズ４３によって平行光束に変換された光は、回折格子４５に垂直に入射し、この入射光は回折格子４５をそのまま透過する。一方、第２の光源４２から出射され、コリメートレンズ４４によって平行光束に変換された光は、回折格子４５に入射角５０．３°で入射する。そして、この光は、回折格子４５で回折され、回折格子４５をそのまま透過する第１の光源４１からの光と合成される。
【００５７】
従来、光合成手段としては、誘電体多層膜を用いるものなどがあるが、本実施の形態の回折格子４５は樹脂の射出成形などによって安価に製造することができるので、本実施の形態の回折格子４５を用いることにより、従来に比して安価な光合成手段を実現することが可能となる。
【００５８】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態における光ヘッド装置について、図５を用いて説明する。図５は本発明の第５の実施の形態における光ヘッド装置の基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図である。
【００５９】
図５に示すように、本実施の形態の光ヘッド装置は、第１の波長λ１のレーザ光を出射する半導体レーザ５１と、半導体レーザ５１から出射されたレーザ光を平行光束に変換するコリメートレンズ５２と、第２の波長λ２のレーザ光を出射する半導体レーザ５３と、半導体レーザ５３から出射されたレーザ光を平行光束に変換するコリメートレンズ５４と、半導体レーザ５１、５３から出射されたレーザ光の光路を合成するための回折格子５５と、平行光束を情報記録媒体６０に集光する対物レンズ５７と、情報記録媒体６０で反射されたレーザ光を検出する光検出器としての受光素子５９とを備えている。ここで、情報記録媒体６０で反射されたレーザ光は、対物レンズ５７を通過することによって平行光束になった後、ビームスプリッタ５６によって光路を９０゜折り曲げられ、検出レンズ５８によって受光素子５９の受光面上に集光される。
【００６０】
半導体レーザ５１は、当該半導体レーザ５１から出射されたレーザ光が回折格子５５に垂直に入射するように配置されている。また、半導体レーザ５３は、当該半導体レーザ５３から出射されるレーザ光の光軸が半導体レーザ５１から出射されるレーザ光の光軸に対して所定角度θだけ傾くような配置となっている。
【００６１】
回折格子５５は、鋸歯状のレリーフ構造を有しており、その格子ピッチκは、下記式（５）、（６）を満たす範囲に設定されている。
【００６２】
κ＜０．９λ１                        ・・・（５）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（６）
回折格子５５を以上のような構成とすることにより、上記第１の実施の形態の場合と同様の理由で、回折格子５５は、その裏面から第１の波長λ１のレーザ光が入射した場合には実質上０次の回折光（透過光）を出射し、第２の波長λ２のレーザ光が入射した場合には実質上１次の回折光を出射する。このため、回折格子５５に対して半導体レーザ５１、５３を上記のような配置とすることにより、半導体レーザ５３から出射されたレーザ光を、回折格子５５で回折させて、両レーザ光の光路を合成することができる。
【００６３】
この場合、上記所定角度θは、上記第１の実施の形態の場合と同様に、下記式（７）を満たす範囲に設定されるのが望ましい。
【００６４】
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
さらに具体的数値を挙げて説明すると、第１の波長λ１のレーザ光としてＤＶＤ用の６５０ｎｍ＜λ１＜６８０ｎｍを満たすレーザ光を用い、第２の波長λ２のレーザ光としてブルーレーザ光ディスク用の４００ｎｍ＜λ２＜４３５ｎｍを満たすレーザ光を用いる場合には、回折格子５５の格子ピッチκを４８０ｎｍ＜κ＜６０９ｎｍの範囲に設定することにより、ＤＶＤ用のレーザ光の光路とブルーレーザ光ディスク用のレーザ光の光路を回折格子５５によって合成することができる。
【００６５】
より具体的な数値を挙げると、第１の波長λ１のレーザ光として波長６６０ｎｍのレーザ光を用い、第２の波長λ２のレーザ光として波長４０５ｎｍのレーザ光を用いる場合、半導体レーザ５３は、当該半導体レーザ５３から出射されるレーザ光の光軸が半導体レーザ５１から出射されるレーザ光の光軸に対して角度５０．３°だけ傾くような配置とすればよい。そして、この場合、回折格子４５の格子ピッチκは５２６．５ｎｍ、深さは７４０ｎｍに設定される。
【００６６】
上記構成の光ヘッド装置において、半導体レーザ５１から出射され、コリメートレンズ５２によって平行光束に変換されたレーザ光は、回折格子５５に垂直に入射し、回折されずにそのまま回折格子５５を透過する。一方、半導体レーザ５３から出射され、コリメートレンズ５４によって平行光束に変換されたレーザ光は、回折格子５５に入射角５０．３°で入射する。そして、このレーザ光は、回折格子５５で回折され、回折格子５５をそのまま透過する半導体レーザ５１からのレーザ光と同じ光路に出射される。その後、レーザ光は、ビームスプリッタ５６を透過し、対物レンズ５７によって情報記録媒体６０の情報記録面上に集光される。情報記録媒体６０で反射されたレーザ光（信号光）は、対物レンズ５７を通過することによって平行光束になった後、ビームスプリッタ５６によって光路を９０゜折り曲げられ、検出レンズ５８によって受光素子９の受光面上に集光される。この信号光は、受光素子５９で電気信号に変換された後、信号光再生回路（図示せず）に送られ、これにより、情報記録媒体６０の情報記録面上に記録された情報が再生される。
【００６７】
本実施の形態の光ヘッド装置においては、回折格子５５を用いて異なる２波長のレーザ光の光路を一致させている。異なる波長のレーザを別々に配置するような場合、異なる２波長のレーザ光の光路を一致させる手段としては、従来、ビームスプリッタを用いるものなどがあるが、本実施の形態の回折格子５５は樹脂の射出成形などによって安価に製造することができるので、本実施の形態の回折格子５５を用いることにより、異なる２波長のレーザ光の光路を一致させる手段を、従来に比して安価に実現することが可能となる。
【００６８】
尚、本実施の形態においては、単体の部品としての回折格子５５を例に挙げて説明したが、ビームスプリッタ５６の入射面側を加工し、ビームスプリッタ５６と一体の回折格子としてもよい。この構成によれば、部品点数を削減することが可能となるので、光ヘッド装置の簡素化による低コスト化を図ることが可能となる。
【００６９】
［第６の実施の形態］
次に、本発明の第６の実施の形態における光導波路について、図６を用いて説明する。図６は本発明の第６の実施の形態における光導波路の概略構成図である。
【００７０】
図６に示すように、光導波路６１には、光入射側の端面に回折格子６２が形成されている。６３は第１の波長λ１の光を出射する半導体レーザであり、この半導体レーザ６３は、当該半導体レーザ６３から出射されコリメートレンズ６５によって平行光束に変換された光が回折格子６２に垂直（光導波路６１に平行）に入射するように配置されている。また、６４は第２の波長λ２の光を出射する半導体レーザであり、この半導体レーザ６４は、当該半導体レーザ６４から出射されコリメートレンズ６６によって平行光束に変換された光の光軸が半導体レーザ６３から出射される光の光軸に対して所定角度θだけ傾くような配置となっている。
【００７１】
回折格子６２は、鋸歯状のレリーフ構造を有しており、その格子ピッチκは、下記式（８）、（９）を満たす範囲に設定されている。
【００７２】
κ＜０．９λ１                        ・・・（８）
１．２λ２＜κ＜１．４λ２            ・・・（９）
光導波路６１を以上のような構成とすることにより、上記第１の実施の形態の場合と同様の理由で、回折格子６２は、第１の波長λ１の光が入射した場合には実質上０次の回折光（透過光）を出射し、第２の波長λ２の光が入射した場合には実質上１次の回折光を出射する。このため、回折格子６２に対して半導体レーザ６３、６４を上記のような配置とすることにより、半導体レーザ６３から出射された第１の波長λ１の光は、回折格子６２に垂直に入射し、回折されずにそのまま光導波路６１に入射する。一方、半導体レーザ６４から出射された第２の波長λ２の光は、回折格子６２で回折され、光導波路６１に平行な方向に曲げられて、光導波路６１に入射する。
【００７３】
この場合、上記所定角度θは、上記第１の実施の形態の場合と同様に、下記式（７）を満たす範囲に設定されるのが望ましい。
【００７４】
４０°＜θ＜６０°              ・・・（７）
さらに具体的数値を挙げて説明すると、第１の波長λ１の光として波長１５５０ｎｍの光を用い、第２の波長λ２の光として波長９８０ｎｍの光を用いる場合、半導体レーザ６４は、当該半導体レーザ６４から出射される光の光軸が半導体レーザ６３から出射される光の光軸に対して角度５０．３°だけ傾くような配置とすればよい。そして、この場合、回折格子６２の格子ピッチκは１２７４ｎｍに設定され、導波路材料の屈折率が２．５５の場合、深さは６３２．３ｎｍに設定される。
【００７５】
尚、上記実施の形態においては、本発明の回折光学素子あるいは回折格子を光ヘッド装置や光通信装置用の光源装置に用いる場合を例に挙げて説明しているが、本発明の回折光学素子あるいは回折格子の利用分野は上記分野に限定されるものではなく、異なる波長に対して光路を変更させる用途であれば用いることができる。例えば、投射光学系や色分解光学系等にも適用可能である。また、波長に応じて光束径を変更させるような用途にも用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】（ａ）は本発明の第１及び第２の実施の形態における回折光学素子を示す平面図、（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図
【図２】回折格子の波長に対する周期と回折効率との関係を示す図
【図３】本発明の第３の実施の形態における光ヘッド装置の基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図４】本発明の第４の実施の形態における光源装置の構成図
【図５】本発明の第５の実施の形態における光ヘッド装置の基本構成と光の伝搬の様子を示す側面図
【図６】本発明の第６の実施の形態における光導波路の概略構成図
【符号の説明】
【００７７】
１  回折光学素子
２  基板
３  グレーティング部
４  光ヘッド装置
５、５１、５３、６３、６４  半導体レーザ
７、６０  情報記録媒体
８、５７  対物レンズ
９、５９  受光素子（光検出器）
１０  ビームスプリッタ
１１  検出レンズ
１２、４５、５５、６２  回折格子
４１  第１の光源
４２  第２の光源
６１  光導波路
【図１】
2005300608.tif 000003
【図２】
2005300608.tif 000004
【図３】
2005300608.tif 000005
【図４】
2005300608.tif 000006
【図５】
2005300608.tif 000007
【図６】
2005300608.tif 000008